价格更低能量密度更高 中科院锌空气电池取得突破进展

虽然电动汽车的概念早在上个世纪就已经被提出,但直到现在,电动汽车在实际驾驶的体验上相比燃油汽车仍有一些不足。其中两个很重要的因素就是能量密度比和价格。而近几年随着电池技术的发展,虽然在数据上一直有所进步,但实际上电池技术并没有产生质的突破。全球的科研人员都在努力试验全新的下一代电池材料,最近中科院理化技术研究所超分子光化学研究团队发现的锌空气电池就展现出了非凡的潜力。

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可逆锌空气电池具有价格低廉、环境友好和能量密度高(1084Wh kg-1)等优势,在便携式交通工具和能量储存器件应用方面潜力巨大。该电池的核心组分是驱动氧还原反应和析氧反应的双功能催化剂,但存在动力学缓慢及循环稳定性差等问题。因此,发展廉价、高效的双功能催化剂,对于推动可逆锌空气电池的实际应用具有重要意义。

像Ni3FeN这类的氮化物因其独特的电子结构和半金属特性,在电催化氧气还原反应中,表现出优异的性能。但将Ni3FeN应用于可逆锌空气电池中,面临两个问题:一是氮化物的氧化还原活性低;二是氮化物的在合成过程中易团聚,难以得到更小尺寸、更多活性位暴露的氮化物,阻碍其析氧反应性能的进一步提升。

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近日,中国科学院理化技术研究所超分子光化学研究团队研究员张铁锐课题组采用“一石二鸟”的策略,通过引入钴氮共掺杂碳载体(Co,N-CNF),有效减轻Ni3FeN在高温合成过程中的团聚问题,从而缩小其尺寸至14nm;同时Co,N-CNF本身具备优良的析氧反应性能。因此,Ni3FeN/Co,N-CNF复合物的析氧反应性能明显优于贵金属IrO2,氧化还原性能超过商业化Pt/C,该双功能催化剂可实际应用于可逆锌空气电池,并在高电流密度(50 mA cm-2)下长时间稳定工作。该策略为设计和合成多功能催化剂提供了新思路,可广泛应用于金属空气电池、可充放电式燃料电池、全分解水以及其他能源领域。研究结果以3D Carbon Nanoframe Scaffold-immobilized Ni3FeN Nanoparticle Electrocatalysts for Rechargeable Zinc-Air Batteries’Cathodes为题发表在Nano Energy上。并得到科技部国家重点基础研究计划、国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目、国家“万人计划”-青年拔尖人才支持计划、中科院战略性先导科技专项(B类)等的支持。如果你还对电动汽车的电池技术有兴趣,可以在汽车科技VX号中回复关键词“电池”获取更多内容。

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